[发明专利]一种基于分层pc-trie结构的LPM规则存储方法

说明书

本发明公开了一种基于分层pc‑trie结构的LPM规则存储方法，该方法利用TCAM解决Black Sheep Memory问题，集中所有Hash冲突的LPM规则的对应长度前缀，对前缀长度进行分类，而后根据这些前缀来存储映射的pc‑trie的地址，最后根据规则余下信息，快速搜索和插入规则到所映射的pc‑tire的同时充分利用硬件空间，并且降低TCAM存储难度，从而达到解决Hash冲突的规则存储以及时延固定的问题。

技术领域

本发明属于存储技术领域，更具体地，涉及一种基于分层pc-trie结构的LPM规则存储方法。

背景技术

基于目前的网络速度（速度超过100-Gb/s），不仅须要路由查找结构更快锁定其最长前缀匹配规则（LPM）的位置并返回相关数据，而且对LPM规则的容量也更大要求。LPM的规则存储可以在DDR中实现，但是即便DDR容量再大，要管理海量的LPM规则还要快速索引，如果没有合理的管理方法和设计架构也是利用率极低。因此合理的架构以及解决这个架构中的瓶颈成为研究的重中之重。

 目前业界提出了pc-tire的分层结构。基于目前实际的LPM规则的统计（长度范围为0~128），由于绝大多数LPM前缀规则落入在前缀长度24和48的区域，因此基于这样的分布，论文FlashTrie: Beyond 100-Gb/s IP Route Lookup Using Hash-Based Prefix-Compressed Trie指出对前缀长度短的LPM规则可利用trie结构直接存储LPM规则所涉及信息，其余的LPM规则则根据不同长度的分类，去向不同Hash，以锁定pc-trie的位置，最后存储这条规则所映射的附加信息。这样做的好处是在把庞大的trie结构转化为动态pc-trie，以充分利用硬件空间。

 那么它的瓶颈也不言而喻，第一个是Hash算法的设计，第二个是对于Hash冲突的解决方案，第三个是pc-trie对应的动态存储空间的管理。Hash算法的选择，当然是分布越均匀越好。但是对于一个pc-trie本身的高度有限，在未知其规则模式的前提下，从其前缀中合理取Hash Bit是很困难的。其次是当存在Hash冲突时，需要管理Hash冲突的pc-trie，这就是所谓的Black Sheep Memory，须达到同时搜索的目的。最后是若给pc-trie预留完整的空间，则可申请的pc-trie的个数太少，而且填充率太低，因此须合理动态扩充pc-trie的占用空间。

 现有技术中基于pc-trie的LPM规则存储示意图，如图1所示，大三角形为其存储结构，第一层区域是完全trie结构，长度为13，因此可以直接索引到规则对应的trie的位置；第二层到最后一层都为pc-trie构成，每一层的长度分别为9，9，9，9，9，9，9，9，9，9，9，9，9。例如长度为22的LPM规则会落在第二层，长度为40的LPM规则会落在第四层……而每层的pc-trie个数取决于硬件容量和对应的LPM规则个数。图中规则2长度在第一层长度区间，因此可以直接存储在tire结构中；图中规则1的长度在第三层长度区间，则根据对应的Hash2来定位它对应的pc-trie的位置；图中规则3的长度在第二层长度区间，则根据对应的Hash1来定位它对应pc-trie的位置。现有技术中基于pc-trie的路由查询的简单示意图，如图2所示，当一条路由进入查询时，经过Hash模块，通过不同的Hash，进入到相对应的tire结构和pc-trie结构中，若存在与映射的pc-trie的前缀一致，则直接查找，得到的结果送到比较器中；若出现不一致的情况，就去往Black Sheep Memory中查询，得到相对应的结果，送到比较器。最后经过比较器计算，输出最长匹配的附加信息数据。